Wieder einmal eine Schlitz- und Zapfenverbindung

[Fidgety Feet]

Hallo Gemeinde,


Das ist der Entwurf eines Rasterelementes, welches ich aus Massivholz herstellen möchte. Der Entwurf ist um 90° nach rechts gedreht, in natura ist der lange Holm um 22,5° aus der Senkrechten geneigt. Am oberen Ende des Holm können stoßartige Belastungen bei beliebiger Richtung mit einer Masse von etwa 15..20 kg auftreten. Verbinden möchte ich beide Holme mit Schlitz und Zapfen, je zu 5 mm. So käme ich bei einer 5er Teilung auf eine Stärke von 25 mm, bei einer 7er Teilung wären es dem entsprechend 35 mm. Der 5er Teilung bringe ich im Augenblick kein großes Vertrauen entgegen, weil es nur 4 Grenzflächen sind, die miteinander verleimt werden. Bei einer 7er Teilung sind es schon 6 Grenzflächen, die zur Stabilität beitragen, was immerhin einer Steigerung um 50% entspricht.

Schlitz und Zapfen mache ich auf der FKS, die Überstände werden später beigearbeitet. Was wäre eure Einschätzung? 5er oder 7er Teilung? Oder geht sogar eine 6er Teilung bei den Profis als fachgerecht durch?

 

[carsten]

Hallo

äh ?????
ich steh da gearde völlig auf dem Schlauch was du hier mit 5 er, 6er oder 7er Teilung meinst.
Schlitz und Zapfen sind in der Regel 3 geteilt also 1/3 das außen stehen bleibt, 1/3 Zapfen/ Schlitz, und nach außen bleibt wider 1/3 Materialstärke stehen. So ab 50 mm Materialstärke könnte man über einen Doppelzapfen nachdenken.

 

[Fidgety Feet]

Schlitz und Zapfen sind in der Regel 3 geteilt, also 1/3, das außen stehen bleibt, 1/3 Zapfen/ Schlitz, und nach außen bleibt wieder 1/3 Materialstärke stehen.

So mit den goldenen Schreinerregeln habe ich es nicht, wenn man sich berufsfremd mit einer anderen Materie befasst, das sollte man mir verzeihen. Das, was du so im Zitat beschrieben hast, würde bei mir der 3er Teilung entsprechen. Der von dir noch angeführte Doppelzapfen entspräche bei meiner Ausdrucksweise der 5er Teilung. Kommen wir zur 7er Teilung, so sollte das ein Dreifachzapfen sein, gibt es so etwas wie den Dreifachzapfen? Bei einem Schubladenkorpus mit Fingerzinken wären es doch noch ein Mehrfaches an Zapfen.

Generell geht es mir um die Belastungsfähigkeit der Verbindung. Da sich die bisher geplante Materialstärke doch deutlich unter 50 mm bewegt, so käme nach deiner Ausführung lediglich ein einfacher Zapfen zur Ausführung, bei dem ich ein undefiniertes Grummeln im Bauch verspüre. Als Mechaniker betrachte ich die Leim-/Klebeverbindungen. Bei einem einfachen Zapfen sind es zwei Grenzflächen, die auf Scherung beansprucht werden, bei einem Doppelzapfen wären es schon 4, was das Grummeln im Bauch schon deutlich dämpfen würde. Ich habe bisher aber überhaupt kein Wissen um die Scherfestigkeit solcher Verbindungen. Aus dieser Sicht würde ich die Zahl der Zapfen erhöhen wollen, um mir so eine gefühlte Sicherheit zu erkaufen.

 

[LuckyDanni]

Er meint wohl Fingerzinken.

 

[Fidgety Feet]

Er meint wohl Fingerzinken.

Das Beispiel des Schubladenkorpus bezog sich lediglich auf die mögliche Vielzahl der Zapfen. Die im Eröffnungsbeitrag genannten Holme kann man sicher nicht durch Fingerzinken miteinander verbinden, zumal ich gesagt habe, dass ich Schlitze und Zapfen auf der FKS anfertigen werde. Also ist das nicht meine Meinung

Mir geht um die Stabilität der Verbindung und um die Beurteilung von gelernten Holzwerkern.

 

[carsten]

Hallo

5mm Schlitz und Zapfen halte ich auch mit Maschinen für nicht machbar. Die 5 mm fangen an zu flattern und brechen oder brechen beim ineinanderschieben. oder würden am Übergang zum vollen Material abbrechen.
Üblicherweise hält einen gut geleimte Verbindung mehr als das Holz drumherum.
Also Standard Zapfen und Schlitz mit drittel Teilung und sauber verleimen. Auf die Weise bauen Schreiner seit Jahrhunderten Rahmen. Sehe da bzgl. Haltbarkeit keine Probleme.

 

[Fidgety Feet]

5mm Schlitz und Zapfen halte ich auch mit Maschinen für nicht machbar. Die 5 mm fangen an zu flattern und brechen oder brechen beim ineinanderschieben.

Schön, dass du es so klar ausdrückst.

oder würden am Übergang zum vollen Material abbrechen.

Im Metallbereich kennt man solches als Kerbwirkung, aus statischer Sicht dürfte so etwas Ähnliches in dem Bereich auch stattfinden, da sich am Übergang in den Zapfen hinein die Kraftlinien verdichten. Insgeheim hatte ich das schon befürchtet.

Üblicherweise hält einen gut geleimte Verbindung mehr als das Holz drumherum.
Also Standard Zapfen und Schlitz mit drittel Teilung und sauber verleimen. Auf die Weise bauen Schreiner seit Jahrhunderten Rahmen. Sehe da bzgl. Haltbarkeit keine Probleme.

Das macht mir wieder Mut. Ich werde mir noch überlegen, die Verbindung zusätzlich durch einen Holznagel (nennt man das so (?) - oder Dübel) zu verstärken, da kein geschlossener Rahmen realisiert wird.

Ich danke Dir für die Unterstützung.

 

[Friederich]

Also stoßweise Belastung durch ein Gewicht von 15-20 kg? Das seh ich schon sehr kritisch.
Da würd ich doch gestemmte Zapfenverbindung (also Zapfen in ein Zapfen-Loch anstatt enen Schlitz) vorziehen. Und die Hölzer etwas breiter als 68mm.
Oder/und eineStrebe zum Abstützen.

 

[VolkerDK]

Also soll da nur so ein Spiess rausgucken?
Gibt ja einen Grund, warum in der Mechanik / Statik / Konstruktionslehre solche Faelle vermieden werden wann immer es geht.

Es wird immer gebaut nach den Grundsetzen eines Fachwerkes (Truss). Klar kann man 10-20 kg irgendwie zum halten bekommen.
So wie Friederich sagt, brauch das Ding eine Querstrebe im oberen Bereich, Dann werden die Biegekraeft in Zug und Druckkraefte umgewandelt, und dann haelt es auch.

 

[Keilzink]

Also stoßweise Belastung durch ein Gewicht von 15-20 kg? Das seh ich schon sehr kritisch.
Da würd ich doch gestemmte Zapfenverbindung (also Zapfen in ein Zapfen-Loch anstatt enen Schlitz) vorziehen. Und die Hölzer etwas breiter als 68mm.
Oder/und eineStrebe zum Abstützen.

... oder eine stramm sitzende Überplattung, die mit zwei diagonal gesetzten Dübeln verstärkt ist? Das sollte doch die Scherkräfte gut aufnehmen können.

Andreas

 

[IngoS]

Hallo,

wenn man nun genau wüsste, wofür die Vorrichtung genutzt wird, könnte man die Kräfte besser abschätzen und die Konstruktion eventuell optimieren. 20kg Stoßbelastung an einem dreiviertel Meter Hebel ist nicht ohne.
ich würde da wahrscheinlich mit Sperrholzdreiecken a la Knotenblech arbeiten. Jeder Millimeter mehr Höhe an dem kritischen Punkt bringt schon Entlastung.

Gruß

Ingo

 

[Friederich]

... oder eine stramm sitzende Überplattung, die mit zwei diagonal gesetzten Dübeln verstärkt ist? Das sollte doch die Scherkräfte gut aufnehmen können.

Dübel zur Sicherheit sowieso. Und Überblattung ist noch schlechter als Schlitz und Zapfen. De hätte ja nur halbsoviel Leimfläche.
Trotzdem: Die Hebelkräfte die auf diese Verbindung wirken sind schon enorm.
Spricht denn irgendwas dagegen, noch eine Strebe anzubringen? Selbst mit nur wenigen Zentimetern Abstand wäre das eine ganz deutliche Verbesserung.

ich würde da wahrscheinlich mit Sperrholzdreiecken a la Knotenblech arbeiten.

Ja genau. Serrholzdreicke beidseits auf den Winkel wär eine einfache Alternative zur Strebe.

 

[Fidgety Feet]

... oder eine stramm sitzende Überplattung, die mit zwei diagonal gesetzten Dübeln verstärkt ist? Das sollte doch die Scherkräfte gut aufnehmen können.

Dübel ja, die hatte ich auch schon in Erwägung gezogen.

wenn man nun genau wüsste, wofür die Vorrichtung genutzt wird, könnte man die Kräfte besser abschätzen und die Konstruktion eventuell optimieren. 20kg Stoßbelastung an einem dreiviertel Meter Hebel ist nicht ohne.
ich würde da wahrscheinlich mit Sperrholzdreiecken a la Knotenblech arbeiten. Jeder Millimeter mehr Höhe an dem kritischen Punkt bringt schon Entlastung.

Eine Optimierung wird kaum möglich sein, wenn man nicht das Design verlieren möchte. Die Stoßbelastung greift aber auch nicht am oberen Ende des Hebels, so dass die belastenden Momente sicher etwas geringer ausfallen.

Spricht denn irgendwas dagegen, noch eine Strebe anzubringen?

Ja! Ein ähnliches Designprinzip ist seit Jahren (1972) ohne Beanstandung im Einsatz. Mit einer Strebe würde man ein anderes Design verfolgen.

Der Reiz der Sache liegt schließlich gerade darin, ein minimalistisches Design zu realisieren. Ich denke gerade über eine Verstärkung nach, die ich im Übergangsbereich der beiden Holme verdeckt und damit unsichtbar einbaue. Der Charakter einer Schlitz- und Zapfenverbindung würde dabei aber nach außen hin erhalten bleiben, worauf ich auch einen besonderen Wert lege. Eine ähnliche technische Lösung habe ich schon vor etwa 8 Jahren bei einem Bücherregal realisiert und die bis heute ihren Dienst nicht versagt hat.

 

[andreas_w]

Wird das ein Tripp Trapp Kinderhochstuhl?

 

[Fidgety Feet]

Wird das ein Kinderhochstuhl?

Meine Kinder hatten einen solchen Stuhl, dass ist aber nunmehr über 40 Jahre her. Mich interessiert jetzt lediglich das Konstruktionsprinzip, nicht der Stuhl als solches. Die Aufgabenstellung, die das Design später erfüllen muss, ist auch unterschiedlich.

 

[Georg L.]

Eine Optimierung wird kaum möglich sein, wenn man nicht das Design verlieren möchte. Die Stoßbelastung greift aber auch nicht am oberen Ende des Hebels, so dass die belastenden Momente sicher etwas geringer ausfallen.

und

Mich interessiert jetzt lediglich das Konstruktionsprinzip, nicht der Stuhl als solches. Die Aufgabenstellung, die das Design später erfüllen muss, ist auch unterschiedlich.

Jetzt wissen wir immer noch nicht, was das eigentlich werden soll. Und stochern weiter im Nebel.

 

[Küstenharry]

Die Strebe mit Stirnversatz oder doppeltem Versatz konstruieren.

 

[andama]

Sag doch einfach was das werden soll, sonst gibt es nur Mutmaßungen und die Leute verlieren die Lust zu antworten und werden durch deine unklaren Aussagen nur frustriert.

 

[joh.t.]

Probestück machen. Es wird halten wenn du es ordentlich machst. Nicht so viel Theorie. MACHEN!!!!
Theoretische Durchdringung ist oft Blödsinn.

 

[Fidgety Feet]

Jetzt wissen wir immer noch nicht, was das eigentlich werden soll. Und stochern weiter im Nebel.

Auch wenn es jetzt ein wenig despektierlich erscheinen mag, so würde das Wissen um das was es werden soll, die Einschränkung, am Aussehen der Bauteile nichts zu ändern, nicht aufheben. Es ist so ähnlich wie in der Mathematik, manche finden den Lösungsweg durch Einsetzen von Zahlenwerten, andere bevorzugen den algebraischen Weg (Ja ja, der Vergleich hinkt ) Es bleibt dabei, es müssen alle Kräfte lokal in dem Übergang von einem Holm auf den anderen beherrscht werden.

Gestern hatte ich noch eine Lösung angerissen, die schon wieder verworfen ist. Jedoch basierend auf meinem gestrigen Ansatz, verfolge ich zur Zeit eine Lösung, die verblüffen könnte. Ich will es noch ein wenig spannend machen, ich denke, ich werde im Januar/Februar eine Lösung zeigen.

 

[andama]

Im Eingangspost schreibst du

Am oberen Ende des Holm können stoßartige Belastungen bei beliebiger Richtung mit einer Masse von etwa 15..20 kg auftreten.

Später verallgemeinerst du dann

Die Stoßbelastung greift aber auch nicht am oberen Ende des Hebels, so dass die belastenden Momente sicher etwas geringer ausfallen.

Weißt du eigentlich was du willst?
Mir ist die Sache hier zu schwammig.

 

[Küstenharry]

Also statisch eine biegesteife Ecke ohne Querschnittsschwächung?

 

[Fidgety Feet]

Weißt du eigentlich was du willst?

Oh, erwischt So wollte ich das nun doch nicht verstanden wissen. Da habe ich nicht das ausgedrückt, was ich eigentlich sagen wollte.

Es wird ein Gestell ähnlich einem bekannten Kindertuhl, so wie es hier schon angeklungen ist. Meine im Eingang gemachte Aussage wollte ich etwas verbessern, das eben nicht die ganze Hebellänge bei dem zu betrachtenden Moment berücksichtigt werden muss. So gesehen war natürlich meine Verbesserung total daneben gegangen. Bei meiner zweiten Aussage

Die Stoßbelastung greift aber auch nicht am oberen Ende des Hebels, so dass die belastenden Momente sicher etwas geringer ausfallen.

fehlt das Adjektiv ganz, so dass ein falscher Eindruck einstehen konnte. Es sollte also so zu verstehen sein, dass die Stoßbelastung nicht ganz am oberen Ende des Hebels angreift, um zu vermeiden, dass man sich ausschließlich an dieser Belastungsart und deren Größe fest beißt.

 

[Fidgety Feet]

Also statisch eine biegesteife Ecke ohne Querschnittsschwächung?

So ganz ohne Querschnittsschwächung wird es aber nicht gehen. Mindestens muss man aber einschätzen, dass nur der Querschnitt des einfachen Zapfens zum Tragen kommt. Ist da die klassische und hier schon diskutierte Aufteilung in Dritteln beizubehalten? Oder gäbe es noch eine Optimierungsmöglichkeit, so dass der Zapfenquerschnitt der Hälfte des späteren Gesamtquerschnittes nahe kommt?

 

[ranx]

tja,

das ist halt so mit geheim Projekten... da ist für die allgemeine verfahren weise ja schon alles geschrieben worden.

Das beste ist du machst einfach ein Muster und unterziehst es ein entsprechenden Belastungsprüfung.
Einmal mit einer Zapfen- Schlitzverbindung und das zweite mal mit einer Doppel Zapfen-Schlitzverbindung.
Dabei siehst du auch gleich wo Probleme bei der Herstellung der Verbindung entstehen können.

lg uwe